淺談燃氣增程器的原理及應用

湛勇剛

摘 要：隨著燃油車逐步被淘汰，新能源電動汽車的興起，越來越多的電動汽車被大家所接受，但電動汽車因為行駛里程短、充電不方便也成為其快速發展的一個瓶頸，而增程式電動車因為清潔環保、可增加續航里程，解決“里程焦慮”等諸多優點也正在被越來越多的人所接受。燃氣增程器是燃氣增程式電動車的核心部分，本文將從燃氣增程器的關鍵組成、系統原理和應用等多方面進行介紹，分析燃氣增程器的優勢及未來的發展方向和前景。

關鍵詞：燃氣增程器;增程式電動車;里程焦慮

中圖分類號：U469.72 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-29-03

On the Principle and Application of Gas Range Extende

Zhan Yonggang

（?Ningbo Green REEV Automotive Technology Co.?Ltd.，?Zhejiang Ningbo?315500?）

Abstract：?With the phasing out of fuel vehicles and the rise of new energy electric vehicles， more and more electric vehicles are accepted by public， however， electric vehicles have become a bottleneck for the rapid development because of their short mileage and inconvenient charging. Extended range electric vehicles are being accepted by more and more people because they are clean and environmentally friendly， they can increase cruising range， and solve the "mileage anxiety". The gas range extender is the core part of the gas range-extended electric vehicle. This article will introduce the key components， system principles and applications of the gas range extender， analyze the advantages of gas extender and its future development direction and prospect.Keywords：?Gas Range Extender; Extended range electric vehicle;?Range anxietyCLC NO.： U469.72 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-29-03

前言

增程器的出現正好解決了當前純電動汽車行駛里程短、充電難、充電時間長、不能跑遠程的問題，為電動汽車的快速發展開辟了一個新的方向。增程器作為增程式電動車的核心部分目前已經被國內很多知名汽車廠商所關注，有的公司已經投入專項資金和人員進行正式開發研究，如吉利的多款增程式電動物流車去年就已經開始上市銷售了。燃氣增程器做為增程式電動車的一種，目前也被用于中大型商用車上，因其功率大、能效高、行駛里程長、接近零污染等優點被越來越多的汽車生產廠家所選擇。做為電動汽車長里程行駛的“充電寶”，燃氣增程器的研究、應用和未來的發展，對商用車的燃油替代將產生劃時代的變革和重要的意義。

1 燃氣增程器總成的組成特點及原理

增程器目前主要以燃氣增程器和汽油增程器為主。汽油增程器因成本低、結構簡單等特點主要用于乘用車等小型車;燃氣增程器因其體積大、組成比較復雜、經濟效益高所以主要用在中大型商用車上。功率也不相同，目前30～80KW的增程器較多。

燃氣增程器是燃氣增程式電動車的核心組成部分，一般由燃氣發動機、發動機控制器、電機、電機控制器、增程器控制器及相關系統等組成（如下圖）。其結構組成比較復雜，一般還包括水路冷卻系統、高低壓線束系統、氣路系統及各種傳感器等。

水路冷卻系統由散熱器、水泵、水壺、水管、DCDC等組成，與發動機、電機等連接形成一個回路，通過控制系統來控制水的循環對發動機和電機進行冷卻，使整個增程器能正常運轉。而水溫傳感器又把發動機及散熱器中水溫的數值反饋給控制系統，這樣往復循環。

高低壓線束系統是連接增程器總成中所有控制器和發動機、電機等控制線路。主要有發動機線束、RECU線束及高低壓輸入、輸出線束等。高低壓線束系統是連接增程器所有零件的紐帶和橋梁，通過它傳送所有的信息和指令，如同人體的“神經”。

氣路系統是燃氣增程器的動力源，主要為整個系統的工作提供原料——天然氣。包括氣瓶、減壓器、過濾器、噴軌、混合器及高壓氣管組成，由氣路系統與氣瓶或氣瓶組連接，給整個增程器供氣。而氣瓶容量也決定著增程器單次的發電量即車輛行駛的里程。這也是增程器電動車比純電動車行駛里程要長很多的原理所在。

燃氣增程器與整車進行通信是由增程器控制器來實現的，在電池電量充足時，動力電池驅動電機，提供整車驅動功率需求，此時發動機不參與工作。當電池電量消耗到一定程度時，發動機啟動，發動機為電池提供能量對動力電池進行充電。當電池電量充足時，發動機又停止工作，由電池驅動電機，提供整車驅動。

2 燃氣增程器的技術優勢及市場應用

燃氣增程器是通過燃氣發動機工作帶動電機給純電驅動車輛電池發電的裝置，就像我們手機用的充電寶一樣，如果安裝在電動車上就可以補充電池電量的不足，增加車輛的行駛里程。一般電動商用車的電池容量為15～60kwh，純電動行駛里程約為200～500kw，如果是冬天就會大打折扣，只能行駛100～300kw，而且電池容量越大其自身重量也越重。而增程式電動車的出現就減少了車上所帶電池的數量，電池充電功率小，減少了車身自重，也為電池隨身攜帶了一個“移動充電寶”，當電池電量達到一定的值時，增程器會自動開啟，給電池充電，讓車輛繼續前行，大大增加了車輛的行駛里程。燃氣增程式電動車因為自身帶有一個或多個天然氣氣瓶，氣瓶容量一般為50～500升，行駛距離更遠，可增加100～1000kw的行駛里程，讓電動商用車跨省遠行不再是夢。

“里程焦慮”和更換電池費用太高等問題已經影響了純電動車的市場發展和未來前景，而燃氣增程器的應用可以很好地解決這些問題;可純電動模式運行，所需電池容量小，造價低且不會發生缺電拋錨現象，不僅大大地增加了車輛的行駛里程，還減少了車輛電池的數量，降低了更換電池的成本，可謂一舉多得。

燃氣增程式電動車在行駛中優先使用的是電池提供的電能，增程器一般會選用熱效率比較高的燃氣發動機，熱效率可達40%以上，效率高、損耗低、排放低，其燃氣發動機設定在一個最優工況運行區間工作，以最小的油氣消耗產生最大的能量，為汽車提供更多的電能，實現油（氣）——電能的轉化。中國工程院院士楊裕生認為，增程式汽車有八大優勢，不會過充過放，壽命長，磷酸電池比能使用合理，安全性進一步提高，電池少，更容易推銷，除此之外還節能。

當前，燃氣增程器因體積比汽油增程器要大，還需要裝載氣瓶，占用車輛的空間也較多，所以現階段主要還是用在一些中大型商用車輛上，如增程式房車、增程式環衛車、移動充電車、增程式客車等等。

3 燃氣增程器的發展方向

增程式電動汽車可以實現比同級燃油車低很多的油耗，所以大多數一線技術的PHEV汽車都有REEV增程駕駛模式。不過量產的電動汽車大多數不能加裝增程器，因為這類車的尺寸很小沒有加裝位;提供選裝增程器的車輛大多數是重載客貨車，其中有部分豪華巴士會提供增程器加裝作為A型房車使用，而燃氣增程器就是比較好的選擇。在國家《中國制造2025》中，明確提出要重點開發“高性能插電式混合動力總成和增程式發動機”。

全球增程器市場規模已從2010年的0.07億美元增長至2016年的1.41億美元。按照提出的2020年需要銷售760萬輛電動汽車的目標來看，全球增程器行業增長空間巨大，預計到2022年，行業市場規模將超過27億美元，年均復合增長率在62%左右。楊裕生院士曾表示“增程式不是像純電動汽車的過渡，而是未來的主力”。他還建議以微小型車作為純

電動汽車的突破口，既能節能減排，安全性也相對較高;而大中型車則應發展純電驅動的增程式汽車。燃氣增程器具有較高的經濟效益和社會效益，而且還節能減排，對于中大型商用車來說燃氣增程式電動車是一個十分明智的選擇。

燃氣增程器在中大型商用車領域具有明顯的技術優勢和廣闊的市場前景，目前也被很多主機廠所青睞，在國內乘用車領域，長城、奇瑞、廣汽和北汽等汽車企業相繼投入到了增程式電動汽車的研發當中。在乘用車電動車增程器開發方面，國內領域也開始逐步增加投入，如奇瑞、柳州五菱柳機動力有限公司、ALT等公司。在客車領域，湖南中車時代電動汽車股份有限公司表現較為優異。

4 總結

QC/T 1086-2017《電動汽車用增程器技術條件》規定了電動汽車用增程器的術語和定義、要求、試驗方法和檢驗規則等要求。這是國家層面首次對增程器所做的規定要求，也在汽車行業引起了高度的關注，眾多車企也開始踏足增程器。吉利、東風柳汽、福田等汽車廠家都已經投入增程式電動汽車的生產和研發，在商用車領域，國內如重汽、沈陽華龍新能源等企業目前也開始布局，市場前景被十分看好，未來一定會得到大力推廣和使用。

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